[논문]롤러다짐 댐 콘크리트의 효율적인 배합비 도출에 관한 연구

원종필; 윤종환; 김완영

doi:10.5389/ksae.2004.46.1.053

문제 정의

다양한 범위의 잔골재율을 적용하여 각각의 컨시 스턴시의 변화를 측정해 배합 조건에 맞는 잔골재 율을 결정하는 방법으로 특정 배합 조건이 결정되 지 않은 경우는 가장 좋은 컨시스턴시를 갖는 배합을 결정하게 되지만 본 연구에서는 결정된 배합 조 건을 만족시키는 잔골재율을 찾는 것이 목적이다. 잔골재율 시험에서 적용된 단위수량은 앞서 결정된 범위의 중간 값인 95 kg/㎥를 적용하였다.
이 방법 은 배합이 결정된 후 현장에서의 시공성과 적용성 은 뛰어나지만 무수한 반복 실험으로 인해 너무 시 간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있으며, 초기 실 험을 위한 기본 범위를 결정하는데 있어 적절한 기 준이 정해져 있지 않아 더욱 많은 실험과 시간을 요구한다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 적용되 는 RCC 댐의 배합 설계를 위해 상용되고 있는 두 가지 방법을 기초로 하여 그 장점을 조합한 효과적 인 방법을 제시하고, 이에 따른 적정 배합비를 도 출하려 한다.
본 실험은 모르타르 배합에서 단위 용적 중량이 가장 크면서 공극률이 가장 적은 단위수량을 찾아 콘크리트 단위수량으로 환산하여 대략적인 단위수 량의 범위를 결정하는 방법이다. 앞서 결정된 1차 단위수량의 범위를 보완하기 위한 실험으로 실험결 과(Table 7) 85 kg/㎥ 정도의 단위수량이 계산되 었다.
본 연구는 RCC 댐의 국내 적용을 위하여 적정배합비를 도출하는 것을 목표로 각종 실험을 실시 하였다. 그 결론을 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

1. 배합설계 방법으로는 RCC가 가장 활발히 연 구되고 있는 미국 공병대와 일본에서 주로 사용되 는 방법을 조합하여 시간을 줄이면서도 현장조건과 재료의 특성을 반영할 수 있는 방법을 택하여 실시 하였다.
2. 제안된 배합설계 순서는 주요 변수의 초기 범 위 산정은 미국 공병대의 방법에 따라 결정하고, 이를 기준으로 정확한 배합을 도출하기 위한 반복 실험은 일본에서 사용되고 있는 방법에 따라 실시 하였다.
5는 미국 공병대에서 사용되는 방법으로 요 구되는 재령의 강도에 따른 필요 단위 시멘트량을 나타내는 그래프이다.8) 본 연구에는 배합 조건인 91일 재령 압축강도 120 kg/㎤에 맞추어 100~ 120 kg/㎥의 시멘트량의 범위를 결정하였다.
결정된 단위수량과 단위 시멘트량을 기준으로 잔 여 배합 재료량을 산정하였고 이를 배합 결정을 위 한 기본 범위로 활용하였다.
단위 시멘트량을 결정하기 위한 실험으로 미국 공병대에서 제시된 그래프에서 정해진 값을 기준으 로 다양한 범위의 시멘트량을 적용하여 필요한 단 위 시멘트량을 결정하였다.8) 압축용 공시체의 제작 은 ASTM C 1176-92를 따랐으며 압축강도의 측 정은 KS F 2405에 준하여 실시하였다.
본 연구는 위의 두 방법을 혼용해 주요 변수의 초기 범위 산정은 미국 공병대의 방법에 따라 결정 함으로서 초기 범위 산정을 위해 실행해야 하는 반 복 실험을 줄임으로서 일본에서 사용되고 있는 배 합설계 방식의 단점을 최소화 하였다. 이렇게 결정 된 초기 범위를 기준으로 정확한 배합비를 도출하 기 위한 반복 실험을 일본에서 사용되고 있는 시험 방법에 따라 실시함으로서 사용되는 재료의 특성을 살리고 현장 조건을 고려할 수 있는 배합설계를 실 시하였다.
8에 나타내었다. 실 험결과 요구되는 압축강도를 나타내는 단위 시멘트량은 약 110 kg/㎥ 정도이지만, 할증률을 적용하여 115 kg/㎥ 정도를 단위 시멘트량으로 결정하였다.
본 연구는 위의 두 방법을 혼용해 주요 변수의 초기 범위 산정은 미국 공병대의 방법에 따라 결정 함으로서 초기 범위 산정을 위해 실행해야 하는 반 복 실험을 줄임으로서 일본에서 사용되고 있는 배 합설계 방식의 단점을 최소화 하였다. 이렇게 결정 된 초기 범위를 기준으로 정확한 배합비를 도출하 기 위한 반복 실험을 일본에서 사용되고 있는 시험 방법에 따라 실시함으로서 사용되는 재료의 특성을 살리고 현장 조건을 고려할 수 있는 배합설계를 실 시하였다. 이를 통하여 비교적 빠른 시간내에 재료 와 현장특성이 반영된 배합비를 도출할 수 있었다.
기존에 진행되었던 실제 공사의 경험에 따르 면 시공성이 좋은 단위수량은 계산된 콘크리트 환 산 단위수량보다 약 5〜15% 정도 증가시킨 것으 로 평가되고 있다. 이를 근거로 본 연구에서는 85 kg/㎥ 보다 증가시킨 89~98 kg/㎥으로 2차 초기 단위 수량을 결정 하였다. Table 6에서 결정된 1 차 단위 수량 97~112 kg/㎥과 결정된 2차 수량 85 kg/㎥을 모두 포함한 범위로 단위 수량 시험을 실시하였다.
3은 일본에서 주 로 사용되고 있는 RCC의 배합설계 방법을 나타내 었다. 지역별로 지질 조건이 큰 차이가 나는 현장 조건을 고려해 시공 재료와 여러 가지 조건에 맞추 어 여러 차례 반복 실험을 통해 배합을 결정하였 다. 본 방법은 적용성과 시공측면에서 유리한 반면, 실험 초기 재료량의 범위를 산정 하는데 있어 과거 경험적인 수치를 가지고 반복실험을 통해서 결정하 고 있어 배합을 도출하는데 시간이 오래 걸리는 단 점이 있다.

대상 데이터

따라서 1종 보통 포 틀랜드 시멘트보다는 2종이나 4종 시멘트가 선호 되고 있는데 최근에 세계적으로 RCC 댐 구조물에 가장 많이 적용되고 있는 시멘트는 2종인 중용열 포틀랜드 시멘트이다.6),8) 따라서 본 연구는 국내에 서 생산되는 S사의 중용열 포틀랜드 시멘트를 사 용했으며, 그 화학성분 및 조성광물은 Table 2 및 Table 3과 같다.

이론/모형

RCC는 빈배합이기 때문에 시공성을 높이고 초기 작업성을 확보하기 위해 감수제 또는 고유동화제가 사용되고 있다.8),9)본 연구에는 소량의 나프탈렌계 고유동화제를 사용하였다.
단위 시멘트량을 결정하기 위한 실험으로 미국 공병대에서 제시된 그래프에서 정해진 값을 기준으 로 다양한 범위의 시멘트량을 적용하여 필요한 단 위 시멘트량을 결정하였다.8) 압축용 공시체의 제작 은 ASTM C 1176-92를 따랐으며 압축강도의 측 정은 KS F 2405에 준하여 실시하였다. 실험은 2 회 반복 실시하였으며 각각의 실험값은 Table 10 에 실험결과의 평균값은 Fig.

성능/효과

3. 제안된 배합설계 방법은 미국 공병대 배합설 계에서 사용재료와 현장의 특성 반영이 결여되는 단점을 극복할 수 있고 일본 배합설계의 단점인 과 도한 시간의 소비와 수많은 양의 실험 변수를 줄일 수 있었다.
5% 까지 감소하 였다.5),7)콘크리트 중력댐과 비교할 때 흙댐 및 사 력댐은 경제적이면서 장비 사용의 효율성 때문에 그 시공이 더욱 증가하였다.5),7)콘크리트 중력댐의 이용이 감소하고, 흙댐과 사력댐의 사용이 증가하 면서 새로운 문제점이 등장하였는데, 경제적 비용 은 감소하였지만 안정성의 결여로 댐 붕괴 및 시공 의 실패가 증가하였다.
5),7)콘크리트 중력댐과 비교할 때 흙댐 및 사 력댐은 경제적이면서 장비 사용의 효율성 때문에 그 시공이 더욱 증가하였다.5),7)콘크리트 중력댐의 이용이 감소하고, 흙댐과 사력댐의 사용이 증가하 면서 새로운 문제점이 등장하였는데, 경제적 비용 은 감소하였지만 안정성의 결여로 댐 붕괴 및 시공 의 실패가 증가하였다.5) 실제로 1920년대 이 후 건설된 댐의 자료를 살펴보면 1950년 대 이후 다 양한 크기의 많은 제방형 댐들이 월류에 의한 상층 부 파괴와 충전재료의 내부 침식으로 무너졌다.
5),7)콘크리트 중력댐의 이용이 감소하고, 흙댐과 사력댐의 사용이 증가하 면서 새로운 문제점이 등장하였는데, 경제적 비용 은 감소하였지만 안정성의 결여로 댐 붕괴 및 시공 의 실패가 증가하였다.5) 실제로 1920년대 이 후 건설된 댐의 자료를 살펴보면 1950년 대 이후 다 양한 크기의 많은 제방형 댐들이 월류에 의한 상층 부 파괴와 충전재료의 내부 침식으로 무너졌다.3),5) 반면에 같은 기간의 콘크리트 댐들을 살펴보면 안 정상에서 큰 문제를 야기하지 않았다.
1970년대 후반 RCC 댐 공법을 도입한 일본은 정부의 주도로 일본 실정에 맞게 이를 발전 시켜왔 고, 자체적인 새로운 시공 형식을 통해 이를 RCD (Roller Compacted Dam) 라 명하였다.6)잦은 지 진으로 주로 댐 내부는 RCC로 내부 코어를 만든 후 외부를 높은 강도의 일반 매스콘크리트로 마무 리하는 시공형식을 갖는다.6) Fig.
6에 나타내었으 며 각 반복에 대한 실험값을 Table 8에 나타내었 다. 결과를 살펴보면 80~110 kg/㎥까지의 단위수 량 범위 대부분이 20±10초의 배합조건을 만족하지 만 이 중 90~100 kg/㎥ 정도의 단위수량이 적당 할 것으로 판단된다.
결정된 실험값을 종합하여 컨시스턴시 및 압축강 도를 반복 측정한 결과 단위수량 95 kg/㎥ , 단위 시멘트량 115 kg/㎥, 잔골재율 35%가 결정되었으 며 이를 다시 반복하여 Table 11과 같은 RCC 댐 콘크리트에 적용할 적정 배합비를 얻을 수 있었다.
8) Table 6에서와 같이 굵은골재 최 대치수와 Vc값에 따라 단위수량의 범위를 산정하 고 굵은골재 최대치수와 골재 종류에 따른 잔골재 율을 결정한다. 본 연구에서 목표로 하는 배합조건 과 재료 조건에 따라 1차적으로 초기 단위수량의 범위를 97~112 kg/㎥으로, 잔골재율을 29~35%로 결정하였다.

후속연구

4. 배합설계 방법은 향후 RCC 댐을 국내에 적용 하는데 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.
지역별로 지질 조건이 큰 차이가 나는 현장 조건을 고려해 시공 재료와 여러 가지 조건에 맞추 어 여러 차례 반복 실험을 통해 배합을 결정하였 다. 본 방법은 적용성과 시공측면에서 유리한 반면, 실험 초기 재료량의 범위를 산정 하는데 있어 과거 경험적인 수치를 가지고 반복실험을 통해서 결정하 고 있어 배합을 도출하는데 시간이 오래 걸리는 단 점이 있다.

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